JP2006177823A

JP2006177823A - 加速度センサ

Info

Publication number: JP2006177823A
Application number: JP2004372370A
Authority: JP
Inventors: Hiroya Mori; 浩也森
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-07-06
Also published as: US20070272016A1; US7281427B2; US7500395B2; KR20060071840A; CN1793937A; CN100570370C; US20060130581A1

Abstract

【課題】ＸＹＺの３軸の出力差を小さくして省電力化を図る。
【解決手段】ピエゾ抵抗型３軸加速度センサは、外枠部１１と、この外枠部１１内に配置された質量部１３と、この重量部１３を可撓的に支持する梁部材１４−１ａ，１４−１ｂ，１４−２ａ，１４−２ｂと、この梁部材１４−１ａ，１４−１ｂ，１４−２ａ，１４−２ｂ上に形成されたＸ、Ｙ、Ｚ軸用ピエゾ抵抗体１５−１ａ，１５−１ｂ〜１５−６ａ，１５−６ｂとを備えている。Ｚ軸用ピエゾ抵抗体１５−５ａ，１５−５ｂ，１５−６ａ，１５−６ｂの長さＬ２は、Ｘ軸用ピエゾ抵抗体１５−１ａ，１５−１ｂ，１５−２ａ，１５−２ｂ及びＹ軸用ピエゾ抵抗体１５−３ａ，１５−３ｂ，１５−４ａ，１５−４ｂの長さＬ１よりも長くして、感度を低下させている。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯端末機器等に用いられ、ＸＹＺの３軸方向の加速度を検出するためのピエゾ抵抗型３軸加速度センサ、特にＸＹＺの３軸の出力差を小さくして省電力化を図る技術に関するものである。

従来、ＸＹＺの３軸の出力差を小さくする加速度センサに関する技術としては、例えば、次のような文献に記載されるものがあった。

特開２００３−２７９５９２号公報

図４（ａ）、（ｂ）は、特許文献１に記載された従来のピエゾ抵抗型３軸加速度センサの概略の構成図であり、同図（ａ）は平面図、及び同図（ｂ）は同図（ａ）中のＡ１−Ａ２線断面図である。

この加速度センサは、全体がシリコン単結晶基板で形成されており、四角形の外枠部１を有している。外枠部１の内側の四隅には、垂直方向であるＺ軸方向に貫通した開口部２が形成されており、この開口部２の内側の中央に、厚肉の錘からなる質量部３が配置されている。質量部３は、薄肉の梁部４により、外枠部１に可撓的に連結されている。梁部４は、水平面において横方向であるＸ軸方向の２つの梁部材４−１ａ，４−１ｂと、縦方向であるＹ軸方向の２つの梁部材４−２ａ，４−２ｂとで構成され、これらの４つの梁部材４−１ａ，４−１ｂ，４−２ａ，４−２ｂにより、中央の質量部３をＸＹＺ軸方向に変位可能に支持している。

Ｘ軸方向の各梁部４−１ａ，４−１ｂ上には、２つが１対になったＸ軸用ピエゾ抵抗体５−１ａ，５−１ｂと５−２ａ，５−２ｂが形成されると共に、Ｚ軸用ピエゾ抵抗体５−５ａ，５−５ｂと５−６ａ，５−６ｂが形成されている。同様に、Ｙ軸方向の各梁部４−２ａ，４−２ｂ上にも、２つが１対になったＹ軸用ピエゾ抵抗体５−３ａ，５−３ｂと５−４ａ，５−４ｂが形成されている。各ピエゾ抵抗体５−１ａ，５−１ｂ〜５−６ａ，５−６ｂは、同一形状（即ち、同一長さ）で同一抵抗値に設定されている。

加速度の検出原理は、中央の質量部３が加速度に比例した力を受けて変位したときの梁部材４−１ａ，４−１ｂ，４−２ａ，４−２ｂの撓みを、これらに形成されたピエゾ抵抗体対５−１ａと５−１ｂ、５−２ａと５−２ｂ、５−３ａと５−３ｂ、５−４ａと５−４ｂ、５−５ａと５−５ｂ、５−６ａと５−６ｂの抵抗値変化として検出することで、３軸方向の加速度を検出する。ここで、梁部材４−１ａ，４−１ｂ上の２対のピエゾ抵抗体５−１ａと５−１ｂ、５−２ａと５−２ｂは、Ｘ軸方向の加速度を検出し、梁部材４−１ａ，４−１ｂ上の２対のピエゾ抵抗体５−５ａと５−５ｂ、５−６ａと５−６ｂは、Ｚ軸方向の加速度を検出し、梁部材４−２ａ，４−２ｂ上の２対のピエゾ抵抗体５−３ａと５−３ｂ、５−４ａと５−４ｂは、Ｙ軸方向の加速度を検出するように、それぞれ各軸４つのピエゾ抵抗体は独立してブリッジ回路を構成するように結線されている。

ピエゾ抵抗体の配置と各ＸＹＺ軸の出力との関係を説明する。例えば、梁部材４−１ａに形成されたＸ軸用ピエゾ抵抗体５−１ａ，５−１ｂとＺ軸用ピエゾ抵抗体５−５ａ，５−５ｂに着目して説明する。

図４とは異なるが、Ｘ軸用ピエゾ抵抗体５−１ａとＺ軸用ピエゾ抵抗体５−５ａが外枠部１との境界線Ｐ１に接する位置に配置され、Ｘ軸用ピエゾ抵抗体５−１ｂとＺ軸用ピエゾ抵抗体５−５ｂが質量部３との境界線Ｐ２に接する位置に配置されていると仮定する。この場合、梁部材４−１ａが加速度を受けて撓んだとき、この梁部材４−１ａにおける外枠部１及び質量部３近傍の部分に応力が集中するので、最大のセンサ出力が得られる。この場合、Ｘ軸とＹ軸の感度（角速度１Ｇ、駆動電圧１Ｖに対する出力）の特性が異なり、Ｘ軸の感度は２次関数的に変化し、Ｚ軸の感度は１次関数的に変化することが知られている。

即ち、Ｘ軸方向に１Ｇの加速度が加えられた場合、梁部材４−１ａに加わる曲げモーメントは、梁部材４−１ａ，４−１ｂ，４−２ａ，４−２ｂを通る平面から質量部３の重心までの距離ｓ１と、質量部３の質量ｍの積（ｓ１×ｍ）で表される。そのため、質量部３の厚さが変化した場合、曲げモーメントはｓ１及びｍに比例するので、Ｘ軸の感度が２次関数的に変化する。これに対し、Ｚ軸方向に１Ｇの加速度が加えられた場合、梁部材４−１ａに加わる曲げモーメントは、梁部材４−１ａの長さｓ２と質量部３の質量ｍの積（ｓ２×ｍ）で表される。そのため、質量部３の厚さが変化した場合、曲げモーメントはｍにのみ比例するので、Ｚ軸の感度が１次関数的に変化する。

Ｘ軸とＹ軸の出力差を無くすためには、Ｘ軸の感度を表す２次関数曲線と、Ｙ軸の感度を表す１次関数曲線との交点における質量部３の厚さ（例えば、８００μｍ程度）に選定すれば良い。ところが、半導体等で使用されるシリコン単結晶基板の厚みは、６２５μｍと５２５μｍが主流となっているため、約８００μｍのシリコン単結晶基板は特注となり、コスト高になる等の不都合があるので、質量部３の厚さによって出力調整を行うのは好ましい方法ではない。

入手の容易な６２５μｍ又は５２５μｍの厚さのシリコン単結晶基板を使用すると、Ｚ軸の１次関数曲線がＸ軸の２次関数曲線の上方を通ることから、Ｘ軸の出力と比較してＺ軸の出力が大きくなる。このような出力差が生じると、センサの検出精度が低下するので、その出力差を小さくするために、出力増幅率が異なる増幅器を各軸毎に準備する必要があり、コスト高になる欠点がある。

そこで、このような欠点を除去するために、特許文献１では、図４に示すように、梁部材４−１ａの応力集中箇所である外枠部１との境界線Ｐ１、及び質量部３との境界線Ｐ２において、Ｘ軸用ピエゾ抵抗体５−１ａを境界線Ｐ１に接する位置に配置し、Ｘ軸用ピエゾ抵抗体５−１ｂを境界線Ｐ２に接する位置に配置し、これに対して、Ｚ軸用ピエゾ抵抗体５−５ａと５−５ｂとの間隔を図４のように広げたり、或いは、図示しないがその間隔を狭めたりして、このＺ軸用ピエゾ抵抗体５−５ａと５−５ｂを応力集中領域の寄与の少ない位置に配置することにより、Ｚ軸用ピエゾ抵抗体５−５ａ，５−５ｂの感度を下げ、Ｘ軸との出力差を小さくする工夫をしている。

しかしながら、従来の特許文献１の加速度センサでは、各ＸＹＺ軸の出力差を少なくするために、例えば、同一形状のＺ軸用ピエゾ抵抗体５−５ａと５−５ｂの間隔を広げたり、或いは狭めたりして調整しているので、そのＺ軸用ピエゾ抵抗体５−５ａ，５−５ｂを配置するための位置を決めるときに、煩雑な歪み計算等を行わなければならず、不利不便であった。又、加速度センサを携帯端末機器等に搭載して乾電池駆動を行う場合、角速度センサの電力消費量が少ないことが望ましいが、特許文献１を含めた従来の技術では、そのような省電力化の配慮をしておらず、未だ技術的に十分満足のゆく角速度センサを得ることができなかった。

前記課題を解決するために、本発明の加速度センサでは、外枠部と、前記外枠部内に配置された質量部と、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる３次元座標において前記Ｘ軸方向の梁部材と前記Ｙ軸方向の梁部材とを有し、前記Ｘ軸方向の梁部材及び前記Ｙ軸方向の梁部材により前記質量部を前記外枠部に可撓的に連結する梁部と、前記Ｘ軸方向の梁部材の一端に接して設けられた長さＬ１の第１のＸ軸用ピエゾ抵抗体、及び前記Ｘ軸方向の梁部材の他端に接して設けられた長さＬ１の第２のＸ軸用ピエゾ抵抗体を有するＸ軸用ピエゾ抵抗体対と、前記Ｙ軸方向の梁部材の一端に接して設けられた長さＬ１の第１のＹ軸用ピエゾ抵抗体、及び前記Ｙ軸方向の梁部材の他端に接して設けられた長さＬ１の第２のＹ軸用ピエゾ抵抗体を有するＹ軸用ピエゾ抵抗体対と、前記第１のＸ軸用ピエゾ抵抗体の近傍に設けられた長さＬ２の第１のＺ軸用ピエゾ抵抗体、及び前記第２のＸ軸用ピエゾ抵抗体の近傍に設けられた長さＬ２の第２のＺ軸用ピエゾ抵抗体を有するＺ軸用ピエゾ抵抗体対とを備えている。

そして、前記第１及び第２のＺ軸用ピエゾ抵抗体の長さＬ２は、前記長さＬ１よりも長くしている。

又、本発明の他の加速度センサでは、前記長さＬ２の第１のＺ軸用ピエゾ抵抗体は、前記第１のＸ軸用ピエゾ抵抗体の長さＬ１を含む位置に配置され、且つ歪み量の小さい領域に延設されて前記第１のＸ軸用ピエゾ抵抗体よりも長くし、前記長さＬ２の第２のＺ軸用ピエゾ抵抗体は、前記第２のＸ軸用ピエゾ抵抗体の長さＬ１を含む位置に配置され、且つ歪み量の小さい領域に延設されて前記第２のＸ軸用ピエゾ抵抗体よりも長くしている。

本発明によれば、長さＬ１よりも長い各Ｚ軸用ピエゾ抵抗体を形成すれば、必然的に歪みの小さい部分を含んで感度が低下するため、Ｘ軸とＺ軸の出力差を簡単且つ容易に小さくできる。更に、各Ｚ軸用ピエゾ抵抗体の長さＬ２は、長さＬ１の各Ｘ軸用ピエゾ抵抗体よりも長いので抵抗値が大きくなる。そのため、駆動のために加速度センサに一定の電圧を印加した場合、Ｚ軸用ピエゾ抵抗体に流れる電流が少なり、この部分において省電力化することができ、加速度センサ全体の省電力化を簡単且つ容易に達成することができる。

又、本発明では、長さＬ１のＸ軸用ピエゾ抵抗体を基準にして、Ｚ軸用ピエゾ抵抗体の長さＬ２を広げ、最大歪み部分（Ｌ１部分）を含んで形成している。この際、長さＬ１についてのデータは既にあるため、Ｌ１部分を含んでいる方が長さＬ２の計算がし易い、つまり、既にＬ１についてのデータを蓄積済であるＬ１部分を含んでいるために、Ｌ２の計算が容易になる。

加速度センサは、外枠部と、前記外枠部内に配置された質量部と、梁部と、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸用ピエゾ抵抗体対とを備えている。前記梁部は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる３次元座標において前記Ｘ軸方向の梁部材と前記Ｙ軸方向の梁部材とを有し、前記Ｘ軸方向の梁部材及び前記Ｙ軸方向の梁部材により前記質量部を前記外枠部に可撓的に連結する。

前記Ｘ軸用ピエゾ抵抗体対は、前記Ｘ軸方向の梁部材の一端に接して設けられた長さＬ１の第１のＸ軸用ピエゾ抵抗体、及び前記Ｘ軸方向の梁部材の他端に接して設けられた長さＬ１の第２のＸ軸用ピエゾ抵抗体を有している。前記Ｙ軸用ピエゾ抵抗体対は、前記Ｙ軸方向の梁部材の一端に接して設けられた長さＬ１の第１のＹ軸用ピエゾ抵抗体、及び前記Ｙ軸方向の梁部材の他端に接して設けられた長さＬ１の第２のＹ軸用ピエゾ抵抗体を有している。前記Ｚ軸用ピエゾ抵抗体対は、前記第１のＸ軸用ピエゾ抵抗体の近傍に設けられた長さＬ２の第１のＺ軸用ピエゾ抵抗体、及び前記第２のＸ軸用ピエゾ抵抗体の近傍に設けられた長さＬ２の第２のＺ軸用ピエゾ抵抗体を有している。

そして、前記第１及び第２のＺ軸用ピエゾ抵抗体の長さＬ２は、前記長さＬ１よりも長くしている。又は、前記長さＬ２の第１のＺ軸用ピエゾ抵抗体は、前記第１のＸ軸用ピエゾ抵抗体の長さＬ１を含む位置に配置され、且つ歪み量の小さい領域に延設されて前記第１のＸ軸用ピエゾ抵抗体よりも長くし、前記長さＬ２の第２のＺ軸用ピエゾ抵抗体は、前記第２のＸ軸用ピエゾ抵抗体の長さＬ１を含む位置に配置され、且つ歪み量の小さい領域に延設されて前記第２のＸ軸用ピエゾ抵抗体よりも長くしている。

ここで、例えば、前記第１及び第２のＺ軸用ピエゾ抵抗体は、前記Ｘ軸方向の梁部材内に配置されている。或いは、前記第１及び第２のＺ軸用ピエゾ抵抗体は、前記Ｘ軸方向の梁部材及び前記外枠部に亘って配置されている。

（図１の構成）
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例１を示すピエゾ抵抗型３軸加速度センサの概略の構成図であり、同図（ａ）は平面図、及び同図（ｂ）は同図（ａ）中のＡ１１−Ａ１２線断面図である。

この加速度センサは、従来と同様に、全体がシリコン単結晶基板で形成されており、ほぼ四角筒型の外枠部１１を有している。外枠部１１の内側の四隅には、垂直方向であるＺ軸方向に貫通した平面ほぼＬ字形の開口部１２が形成されており、この開口部１２の内側の中央に、厚肉の錘からなるほぼ立方体形状の質量部１３が配置されている。質量部１３は、薄肉の梁部１４により、外枠部１１に可撓的に連結されている。梁部１４は、水平面において横方向であるＸ軸方向の２つのほぼ長方形の梁部材１４−１ａ，１４−１ｂと、縦方向であるＹ軸方向の２つのほぼ長方形の梁部材１４−２ａ，１４−２ｂとで構成され、これらの４つの梁部材１４−１ａ，１４−１ｂ，１４−２ａ，１４−２ｂにより、中央の質量部１３をＸＹＺ軸方向に変位可能に支持している。

Ｘ軸方向の各梁部１４−１ａ，１４−１ｂ上には、２つが１対になったＸ軸用ピエゾ抵抗体１５−１ａ，１５−１ｂと１５−２ａ，１５−２ｂが形成されると共に、Ｚ軸用ピエゾ抵抗体１５−５ａ，１５−５ｂと１５−６ａ，１５−６ｂが形成されている。同様に、Ｙ軸方向の各梁部１４−２ａ，１４−２ｂ上にも、２つが１対になったＹ軸用ピエゾ抵抗体１５−３ａ，１５−３ｂと１５−４ａ，１５−４ｂが形成されている。

各ピエゾ抵抗体１５−１ａ，１５−１ｂ〜１５−６ａ，１５−６ｂは、所定の厚みを有して平面形状がほぼ同一幅の長方形をしている。各Ｘ軸用ピエゾ抵抗体１５−１ａ，１５−１ｂ，１５−２ａ，１５−２ｂと、各Ｙ軸用ピエゾ抵抗体１５−３ａ，１５−３ｂ，１５−４ａ，１５−４ｂとは、同一の長さＬ１（例えば、５０μｍ程度）であり、ほぼ同一の抵抗値を有している。これに対し、各Ｚ軸用ピエゾ抵抗体１５−５ａ，１５−５ｂ，１５−６ａ，１５−６ｂの長さＬ２は、各Ｘ軸用ピエゾ抵抗体及び各Ｙ軸用ピエゾ抵抗体の長さＬ１よりも長く（例えば、Ｌ２＝６０〜７０μｍ程度）、大きな抵抗値を有している。

このような構成の加速度センサにおける加速度の検出原理は、従来と同様に、中央の質量部１３が加速度に比例した力を受けて変位したときの梁部材１４−１ａ，１４−１ｂ，１４−２ａ，１４−２ｂの撓みを、これらに形成されたピエゾ抵抗体対１５−１ａと１５−１ｂ、１５−２ａと１５−２ｂ、１５−３ａと１５−３ｂ、１５−４ａと１５−４ｂ、１５−５ａと１５−５ｂ、１５−６ａと１５−６ｂの抵抗値変化として検出することで、３軸方向の加速度を検出する。ここで、梁部材１４−１ａ，１４−１ｂ上の２対のピエゾ抵抗体１５−１ａと１５−１ｂ、１５−２ａと１５−２ｂは、Ｘ軸方向の加速度を検出し、梁部材１４−１ａ，１４−１ｂ上の２対のピエゾ抵抗体１５−５ａと１５−５ｂ、１５−６ａと１５−６ｂは、Ｚ軸方向の加速度を検出し、梁部材１４−２ａ，１４−２ｂ上の２対のピエゾ抵抗体１５−３ａと１５−３ｂ、１５−４ａと１５−４ｂは、Ｙ軸方向の加速度を検出するように、それぞれ各軸４つのピエゾ抵抗体は独立してブリッジ回路を構成するように結線されている。

なお、Ｘ、Ｙ軸は出力検出原理、結線方法及びピエゾ抵抗体の配置が同じであり、それぞれ他方の軸と入れ替えることができるため、以下、Ｘ及びＹ軸を、特に断りの無い限り、Ｘ軸と表記する。

（図１の製造例）
図１の加速度センサは、例えば、次のようにして製造される。
シリコン単結晶基板上に、フォトリソグラフィ技術によりマスクパターンを形成し、このマスクパターンをマスクにして、ボロン等のイオンを打ち込み、所定の位置と形状のピエゾ抵抗体１５−１ａ，１５−１ｂ〜１５−６ａ，１５−６ｂを形成する。全面にピエゾ抵抗体１５−１ａ，１５−１ｂ〜１５−６ａ，１５−６ｂを保護する絶縁膜を形成し、この絶縁膜にコンタクトホールを開口した後、これらの上に配線膜を形成し、ピエゾ抵抗体１５−１ａ，１５−１ｂ〜１５−６ａ，１５−６ｂが３軸それぞれブリッジ回路を構成するように結線する。シリコン単結晶基板の裏面をフォトリソグラフィ技術によりエッチングして、梁部１４の裏面を薄膜化して各々分離した梁部材１４−１ａ，１４−１ｂ，１４−２ａ，１４−２ｂを形成すると共に、開口部１２を形成する。その後、シリコン単結晶基板の加速度センサ形成箇所を切断すれれば、加速度センサチップが得られるので、このチップをパッケージ等に搭載すれば、製造工程が終了する。

（図２の配置例）
図２（ａ）、（ｂ）は、図１の各梁部材１４−１ａ，１４−１ｂ，１４−２ａ，１４−２ｂ上に形成される各ピエゾ抵抗体１５−１ａ，１５−１ｂ〜１５−６ａ，１５−６ｂの形成位置や形状（特に長さＬ１，Ｌ２）の例を示す概略の拡大平面図である。なお、この図２では、図面の表示を簡単にするために、図１の梁部材１４−１ａ箇所のみが図示されている。

本発明の特徴は、Ｚ軸用ピエゾ抵抗体１５−５ａ，１５−５ｂ，１５−６ａ，１５−６ｂの長さＬ２を、Ｘ軸用ピエゾ抵抗体１５−１ａ，１５−１ｂ，１５−２ａ，１５−２ｂの長さＬ１よりも長くして、感度を低下させることである。このための具体例として、本実施例１では、各Ｚ軸用ピエゾ抵抗体１５−５ａ，１５−５ｂ，１５−６ａ，１５−６ｂの形成場所を特定することなく、各Ｘ軸用ピエゾ抵抗体１５−１ａ，１５−１ｂ，１５−２ａ，１５−２ｂの長さＬ１よりも長い各Ｚ軸用ピエゾ抵抗体１５−５ａ，１５−５ｂ，１５−６ａ，１５−６ｂを形成することによって、感度を低下させている。

図２（ａ）、（ｂ）共に、長さＬ１の各Ｘ軸用ピエゾ抵抗体１５−１ａ，１５−１ｂ，１５−２ａ，１５−２ｂの内、Ｘ軸用ピエゾ抵抗体１５−１ａ（１５−２ａ）を外枠部１１との境界線Ｐ１１−１（Ｐ１１−２）に接する位置に形成し、Ｘ軸用ピエゾ抵抗体１５−１ｂ（１５−２ｂ）を重量部１３との境界線Ｐ１２−１（Ｐ１２−２）に接する位置に形成している。

そして、図２（ａ）では、長さＬ１よりも大きな長さＬ２を有するＺ軸用ピエゾ抵抗体１５−５ａ，１５−５ｂ（１５−６ａ，１５−６ｂ）を相互の間隔を小さくして、Ｘ軸用ピエゾ抵抗体１５−１ａ，１５−１ｂ（１５−２ａ，１５−２ｂ）間の内側に形成している。

これに対して図２（ｂ）では、Ｚ軸用ピエゾ抵抗体１５−５ａ，１５−５ｂ（１５−６ａ，１５−６ｂ）を相互の間隔を大きくして、Ｘ軸用ピエゾ抵抗体１５−１ａ，１５−１ｂ（１５−２ａ，１５−２ｂ）間の外側で、且つ外部枠１１又は重量部１３に亘るように形成している。

このように、図２（ａ）、（ｂ）共に、長さＬ１を有するＸ軸用ピエゾ抵抗体１５−１ａ，１５−１ｂ（１５−２ａ，１５−２ｂ）は、歪みが最も大きい部分に配置されているため、長さＬ１よりも長いＺ軸用ピエゾ抵抗体１５−５ａ，１５−５ｂ（１５−６ａ，１５−６ｂ）を形成すれば、必然的に歪みの小さい部分を含むため、感度が低下する。

（作用効果）
本実施例１では、次の（１）、（２）のような作用効果を奏する。

（１）長さＬ１よりも長い各Ｚ軸用ピエゾ抵抗体１５−５ａ，１５−５ｂ，１５−６ａ，１５−６ｂを形成すれば、必然的に歪みの小さい部分を含んで感度が低下するため、Ｘ軸とＺ軸の出力差を簡単且つ容易に小さくできる。

（２）各Ｚ軸用ピエゾ抵抗体１５−５ａ，１５−５ｂ，１５−６ａ，１５−６ｂの長さＬ２は、長さＬ１の各Ｘ軸用ピエゾ抵抗体１５−１ａ，１５−１ｂ，１５−２ａ，１５−２ｂよりも長いので抵抗値が大きくなる。そのため、例えば、加速度センサに印加する電圧を２Ｖに固定した場合、流れる電流が少なくなる。つまり、Ｚ軸用ピエゾ抵抗体１５−５ａ，１５−５ｂ，１５−６ａ，１５−６ｂに流れる電流が少なくなるので、この部分において省電力化することができ、加速度センサ全体の省電力化を簡単且つ容易に達成することができる。

図３（ａ）、（ｂ）は、図２と同様に、図１の各梁部材１４−１ａ，１４−１ｂ，１４−２ａ，１４−２ｂ上に形成される各ピエゾ抵抗体１５−１ａ，１５−１ｂ〜１５−６ａ，１５−６ｂの形成位置や形状（特に長さＬ１，Ｌ２）の実施例２を示す概略の拡大平面図である。なお、この図３では、図２と同様に、図面の表示を簡単にするために、図１の梁部材１４−１ａ箇所のみが図示されている。

本発明の特徴は、上述したように、Ｚ軸用ピエゾ抵抗体１５−５ａ，１５−５ｂ，１５−６ａ，１５−６ｂの長さＬ２を、Ｘ軸用ピエゾ抵抗体１５−１ａ，１５−１ｂ，１５−２ａ，１５−２ｂの長さＬ１よりも長くして、感度を低下させることである。このための具体例として、本実施例２では、各Ｘ軸用ピエゾ抵抗体１５−１ａ，１５−１ｂ，１５−２ａ，１５−２ｂの長さＬ１を含んで、各Ｚ軸用ピエゾ抵抗体１５−５ａ，１５−５ｂ，１５−６ａ，１５−６ｂにおける歪み量の小さい部分の面積を増やし、感度を低下させている。

図２（ａ）、（ｂ）と同様に、図３（ａ）、（ｂ）共に、長さＬ１の各Ｘ軸用ピエゾ抵抗体１５−１ａ，１５−１ｂ，１５−２ａ，１５−２ｂの内、Ｘ軸用ピエゾ抵抗体１５−１ａ（１５−２ａ）を外枠部１１との境界線Ｐ１１−１（Ｐ１１−２）に接する位置に形成し、Ｘ軸用ピエゾ抵抗体１５−１ｂ（１５−２ｂ）を重量部１３との境界線Ｐ１２−１（Ｐ１２−２）に接する位置に形成している。

そして、図３（ａ）では、長さＬ２の各Ｚ軸用ピエゾ抵抗体１５−５ａ，１５−５ｂ，１５−６ａ，１５−６ｂの内、Ｚ軸用ピエゾ抵抗体１５−５ａ（１５−６ａ）を外枠部１１との境界線Ｐ１１−１（Ｐ１１−２）に接する位置に形成し、Ｚ軸用ピエゾ抵抗体１５−５ｂ（１５−６ｂ）を重量部１３との境界線Ｐ１２−１（Ｐ１２−２）に接する位置に形成している。Ｚ軸用ピエゾ抵抗体１５−５ａ，１５−５ｂ（１５−６ａ，１５−６ｂ）は、長さＬ１を基準にして長さＬ２を広げる、つまり、最大歪み部分（Ｌ１部分）を含んで形成し、感度を低下させている。

これに対して図３（ｂ）では、長さＬ１のＸ軸用ピエゾ抵抗体１５−１ａ，１５−１ｂ（１５−２ａ，１５−２ｂ）を基準にして、Ｚ軸用ピエゾ抵抗体１５−５ａ，１５−５ｂ（１５−６ａ，１５−６ｂ）の長さＬ２を、外枠部１１又は重量部１３に亘って広げ、最大歪み部分（Ｌ１部分）を含んで形成し、感度を低下させている。

（作用効果）
本実施例２では、実施例１の（２）の省電力化の作用効果を有する他に、次の（３）のような作用効果を奏する。

（３）長さＬ１のＸ軸用ピエゾ抵抗体１５−１ａ，１５−１ｂ，１５−２ａ，１５−２ｂを基準にして、Ｚ軸用ピエゾ抵抗体１５−５ａ，１５−５ｂ，１５−６ａ，１５−６ｂの長さＬ２を広げ、最大歪み部分（Ｌ１部分）を含んで形成している。この際、長さＬ１についてのデータは既にあるため、Ｌ１部分を含んでいる方が長さＬ２の計算がし易い、つまり、既にＬ１についてのデータを蓄積済であるＬ１部分を含んでいるために、Ｌ２の計算が容易になる。従来の特許文献１では、同一形状で位置のみ変更しているので、位置を決めるときに歪み量の計算等が煩雑であるが、本実施例２ではこのような問題を巧みに解決している。

本発明は、上記実施例に限定されず、種々の変形が可能である。この変形例である実施例３としては、例えば、次のようなものがある。

加速度センサの形状は正方形に限定されない。長方形や円形でも良い。又、重量部１３、これを支持する梁部１４、或いはこの上に形成されるピエゾ抵抗体１５−１ａ，１５−１ｂ〜１５−６ａ，１５−６ｂの形状や数等も、例示のものに限定されない。

本発明の実施例１を示すピエゾ抵抗型３軸加速度センサの概略の構成図である。図１の各ピエゾ抵抗体１５−１ａ，１５−１ｂ〜１５−６ａ，１５−６ｂの形成位置や形状の例を示す概略の拡大平面図である。図１の各ピエゾ抵抗体１５−１ａ，１５−１ｂ〜１５−６ａ，１５−６ｂの形成位置や形状の実施例２を示す概略の拡大平面図である。従来のピエゾ抵抗型３軸加速度センサの概略の構成図である。

符号の説明

１１外枠部
１３重量部
１４梁部
１４−１ａ，１４−１ｂ，１４−２ａ，１４−２ｂ梁部材
１５−１ａ，１５−１ｂ〜１５−６ａ，１５−６ｂピエゾ抵抗体

Claims

外枠部と、
前記外枠部内に配置された質量部と、
Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる３次元座標において前記Ｘ軸方向の梁部材と前記Ｙ軸方向の梁部材とを有し、前記Ｘ軸方向の梁部材及び前記Ｙ軸方向の梁部材により前記質量部を前記外枠部に可撓的に連結する梁部と、
前記Ｘ軸方向の梁部材の一端に接して設けられた長さＬ１の第１のＸ軸用ピエゾ抵抗体、及び前記Ｘ軸方向の梁部材の他端に接して設けられた長さＬ１の第２のＸ軸用ピエゾ抵抗体を有するＸ軸用ピエゾ抵抗体対と、
前記Ｙ軸方向の梁部材の一端に接して設けられた長さＬ１の第１のＹ軸用ピエゾ抵抗体、及び前記Ｙ軸方向の梁部材の他端に接して設けられた長さＬ１の第２のＹ軸用ピエゾ抵抗体を有するＹ軸用ピエゾ抵抗体対と、
前記第１のＸ軸用ピエゾ抵抗体の近傍に設けられた長さＬ２の第１のＺ軸用ピエゾ抵抗体、及び前記第２のＸ軸用ピエゾ抵抗体の近傍に設けられた長さＬ２の第２のＺ軸用ピエゾ抵抗体を有するＺ軸用ピエゾ抵抗体対と、
を備えた加速度センサであって、
前記第１及び第２のＺ軸用ピエゾ抵抗体の長さＬ２は、前記長さＬ１よりも長くしたことを特徴とする加速度センサ。
外枠部と、
前記外枠部内に配置された質量部と、
Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる３次元座標において前記Ｘ軸方向の梁部材と前記Ｙ軸方向の梁部材とを有し、前記Ｘ軸方向の梁部材及び前記Ｙ軸方向の梁部材により前記質量部を前記外枠部に可撓的に連結する梁部と、
前記Ｘ軸方向の梁部材の一端に接して設けられた長さＬ１の第１のＸ軸用ピエゾ抵抗体、及び前記Ｘ軸方向の梁部材の他端に接して設けられた長さＬ１の第２のＸ軸用ピエゾ抵抗体を有するＸ軸用ピエゾ抵抗体対と、
前記Ｙ軸方向の梁部材の一端に接して設けられた長さＬ１の第１のＹ軸用ピエゾ抵抗体、及び前記Ｙ軸方向の梁部材の他端に接して設けられた長さＬ１の第２のＹ軸用ピエゾ抵抗体を有するＹ軸用ピエゾ抵抗体対と、
前記第１のＸ軸用ピエゾ抵抗体の近傍に設けられた長さＬ２の第１のＺ軸用ピエゾ抵抗体、及び前記第２のＸ軸用ピエゾ抵抗体の近傍に設けられた長さＬ２の第２のＺ軸用ピエゾ抵抗体を有するＺ軸用ピエゾ抵抗体対と、
を備えた加速度センサであって、
前記長さＬ２の第１のＺ軸用ピエゾ抵抗体は、前記第１のＸ軸用ピエゾ抵抗体の長さＬ１を含む位置に配置され、且つ歪み量の小さい領域に延設されて前記第１のＸ軸用ピエゾ抵抗体よりも長くし、
前記長さＬ２の第２のＺ軸用ピエゾ抵抗体は、前記第２のＸ軸用ピエゾ抵抗体の長さＬ１を含む位置に配置され、且つ歪み量の小さい領域に延設されて前記第２のＸ軸用ピエゾ抵抗体よりも長くしたことを特徴とする加速度センサ。
前記第１及び第２のＺ軸用ピエゾ抵抗体は、前記Ｘ軸方向の梁部材内に配置したことを特徴とする請求項１又は２記載の加速度センサ。
前記第１及び第２のＺ軸用ピエゾ抵抗体は、前記Ｘ軸方向の梁部材及び前記外枠部に亘って配置したことを特徴とする請求項１又は２記載の加速度センサ。